От супердвигателя до транспортного комплекса: что разрабатывают юные инженеры для энергетики будущего
Сегодня в инженерных классах Москвы теория из учебников по физике и экологии превращается в смелые инновационные проекты по зеленой энергетике. Учащиеся придумывают прототипы таких изобретений, как водородный свободнопоршневой двигатель, или совершенствуют солнечные батареи. Свои разработки они демонстрируют не только в школах, но и на конференции «Инженеры будущего», и планируют довести их до практической реализации. В День энергетика, который отмечают 22 декабря, рассказываем о проектах, которые основаны на использовании возобновляемых источников энергии.
Транспорт без вреда для экологии
Учащиеся московских школ активно занимаются проектной работой. Они готовят практические решения для разных сфер — от здравоохранения до программирования. Так, ученикам школы № 2045 имени Героя Российской Федерации Д.А. Разумовского учитель физики в седьмом классе рекомендовал исследовать возобновляемые источники энергии. Егор Плякин, Артем Искрин и Артем Могучев увлеклись темой, несколько лет изучали все ее аспекты и в 10-м классе создали макет уникального транспортного комплекса.
«Наш макет состоит из зданий аэропорта и железнодорожного вокзала, заправки для автомобилей на электрических и водородных двигателях, а также самого транспорта — поезда и машин. Все функционирует за счет энергии, получаемой от солнечных панелей, ветрогенераторов и водородных двигателей. Помимо этого, мы разработали программное обеспечение. Все этапы — от макетирования до программирования — мы сделали на базе школы. У нас есть два ИТ-полигона, где установлено большое количество различного оборудования», — поясняет Егор Плякин.
Пока макет транспортного комплекса занимает площадь письменного стола. Авторы планируют установить полномасштабные панели и ветрогенераторы и провести точные расчеты их эффективности. В этом им помогут нейросети. Ребята разработали два сайта и приложение. Они взаимосвязаны, но рассчитаны на разных пользователей: администратора здания, технического специалиста и пассажира. Там также есть сервис, учитывающий географическую составляющую: достаточно поставить точку на карте России, чтобы узнать, насколько эффективными и выгодными будут разные источники зеленой энергии в конкретном регионе.
Помимо общего проекта, ребята разрабатывают авторские решения. Так, Егор Плякин увлекается фехтованием и создал модель недорогого и легкого фиксатора уколов для шпаг. Впереди у школьников экзамены и выбор вуза. А дипломы победителей конференции «Инженеры будущего» помогут при поступлении: за них начисляют дополнительные баллы.
Охлаждение для солнечной энергии
Еще одно интересное решение в сфере зеленой энергетики разработала команда школы № 2045 имени Героя Российской Федерации Д.А. Разумовского. Одиннадцатиклассники Арина Мустафаева, Анна Надеина и Артем Чиликин предложили технологию повышения эффективности солнечных панелей.
«Фотоэлектрический модуль — ключевой компонент солнечной батареи. Эти черные фотоэлементы поглощают солнечный свет и под прямыми лучами нагреваются, иногда достаточно сильно. Когда температура поднимается выше 50 градусов, мощность батареи снижается — она вырабатывает меньше электричества. Мы придумали, как решить эту проблему. К задней стенке фотоэлектрической плитки с помощью эпоксидной смолы прикрепили специальный кожух. Через него пустили холодную воду и смогли остудить модуль на 10 градусов. При этом его производительность увеличилась на 10 процентов», — говорит Арина Мустафаева.
Разработка, по идее авторов, может выполнять еще и декоративную функцию, если сделать ее в форме популярных в строительстве сайдинг-панелей и использовать для финишной отделки фасадов. Экспериментальный образец устройства ребята создали на школьных ИТ-полигонах, а также на площадке Российского университета транспорта (МИИТ). Прототип прошел натурные испытания и доказал свою энергоэффективность и экологичность.
Вместо выхлопных газов — водяной пар
Еще одно передовое решение в сфере зеленой энергетики создал ученик 11-го класса Андрей Микеров из школы № 1793 имени Героя Советского Союза А.К. Новикова. Под руководством преподавателя-наставника из Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана школьник разработал водородный свободнопоршневой двигатель. Он может уменьшить углеродный след транспортного и энергетического сектора.
«Идею водородного двигателя я вынашивал три года. Я изучил принципы двигателя внутреннего сгорания, композитного и свободнопоршневого. У меня получилось изменить классическую конструкцию и убрать выпускные клапаны и коленвал. В результате изделие проще и дешевле в изготовлении, легче по весу, выдает больше мощности и обладает повышенным коэффициентом полезного действия по сравнению с существующими аналогами», — говорит Андрей Микеров.
Классические водородные двигатели работают совместно с газовым баллоном. Школьник создал конструкцию с водородной ячейкой: в баке установлена алюминиевая пластина, сверху заливают воду со щелочью, и в результате химической реакции образуется водород. Единовременно существует небольшой объем газа, а это безопасно. Вместо выхлопного газа образуются водяной пар и осадок из оксида алюминия (популярное вторичное сырье для изготовления керамики, огнеупорных компонентов и переработки токсичных отходов). Одного полного бака хватит грузовику, чтобы проехать несколько тысяч километров.
Рабочий прототип Андрей собрал в собственной мастерской на даче специально для участия в конференции «Инженеры будущего». Сейчас он дорабатывает конструкцию, чтобы представить ее на Всероссийской олимпиаде школьников по труду (технологии).